Wie funktioniert die Blende, ohne dass das Bild auf den Sensor trifft?

Ich habe mir die verschiedenen Einstellungen in Kameras selbst beigebracht und verstehe jetzt viel besser, wie ich meine Kamera effektiv einsetzen kann, aber eines nervt mich immer noch.

Bewegen sich andere Objektive bei Änderung der Blendengröße, um die Strahlenbündel wieder auf die volle Bildgröße zu fokussieren?

Was ich meine, ist für mich, dass die Blende so aussieht, als würde sie das Bild auf einen immer kleineren Kreis "zuschneiden" (oder eher auf eine n-seitige Form). Obwohl ich verstehe, dass dies offensichtlich weniger Licht bedeutet, ist etwas anderes im Gange, das das Lichtbündel so zurückfokussiert, dass es über den gesamten Sensor passt, wenn es eingestellt wird?

Linsen scheinen nicht direkt durch das Licht, sie fokussieren es, wenn Sie die miese Strahlenverfolgung verzeihen:

Die grünen Linien stellen den Lichtkegel dar, der mit einer schmalen Apertur auf die Linse trifft, der rote ist der Lichtkegel, der durch eine breite Apertur zugelassen wird. In diesem Fall können Sie sich die Blende direkt vor oder direkt hinter dem Objektiv vorstellen (es gibt keinen großen Unterschied zu einem einfachen Objektiv). Unabhängig von der Blende wird das Licht immer noch auf den gleichen Punkt fokussiert.

Das ist ein einfaches Objektiv, aber das gleiche gilt für komplexe. Hier kommt Ihre Intuition für das Beschneiden des Bildes ins Spiel (in diesem Zusammenhang üblicherweise als Vignettierung bezeichnet): Bei einem komplexen Objektiv muss sich die Blende an einer geeigneten Stelle befinden. Verstopfungen in anderen Teilen des Objektivs verursachen eine Vignettierung.

Ich habe kürzlich versucht, dies selbst herauszufinden und diese Frage gefunden. Ich habe nicht das Gefühl, dass die akzeptierte Antwort vollständig ist, also hier ist mein Schuss (kein Wortspiel beabsichtigt!) :

Das erste, was zu verstehen ist, ist, dass das Licht, das von einem Punkt auf einer Oberfläche reflektiert wird, nicht ein Lichtstrahl ist, sondern viele, die in vielen verschiedenen Winkeln einfallen und in vielen verschiedenen Winkeln reflektiert werden. Die meisten dieser Strahlen treffen niemals auf die Linse der Kamera. Einige tun dies jedoch und werden auf einen einzelnen Punkt auf dem Bildsensor fokussiert (vorausgesetzt, dieser Punkt ist fokussiert) .

Licht von einem fokussierten Punkt, das durch eine Linse fällt

Was passiert also, wenn wir eine Blende hinter (oder vor) das Objektiv setzen?

Blende hinter der Linse

Licht von dem Punkt trifft immer noch auf den Bildsensor, sodass es immer noch im Bild erscheint. Von diesem Punkt aus fällt nun einfach weniger Licht auf den Sensor. Aus diesem Grund erfordert die Verwendung einer kleineren Blende (oder eines kleineren Objektivs) eine längere Belichtungszeit. Der Sensor benötigt eine längere Zeit, um die gleiche Lichtmenge zu absorbieren.

Wenn Sie also die Blende verkleinern, um längere Belichtungszeiten zu erzielen, wozu ist dann überhaupt eine Blende gut? Das Reduzieren des belichteten Lichts kann manchmal nützlich sein (zum Beispiel ist dies der Zweck der Pupille eines Augapfels, der genau einer Blende entspricht) , aber der Hauptgrund für das Vorhandensein einer Blende in einer Kamera hat tatsächlich mit Punkten zu tun, die nicht sichtbar sind des Fokus.

Unscharf - zu weit weg

Unscharf - zu nah

Beachten Sie, dass in beiden Fällen die Lichtstrahlen alle von einem einzigen Punkt kommen, aber nicht alle an einem einzigen Punkt auf den Bildsensor treffen. Sie sind vielmehr kreisförmig verteilt. Dadurch werden unscharfe Punkte auf einem Foto unscharf.

(Dieser Kreis wird manchmal als Kreis der Verwirrung bezeichnet . Dies erklärt im Übrigen auch, warum unscharfe Punkte, die heller sind als die umgebenden Punkte , als kreisförmige Scheiben angezeigt werden. )

Was passiert also, wenn wir in diesem Fall eine Blende hinter (oder vor) das Objektiv setzen?

Unscharfes Messfeld mit Blende

Wir sehen wieder, dass weniger Licht auf den Sensor trifft, was bedeutet, dass wir wieder eine längere Belichtung benötigen. Es ist jedoch noch etwas anderes passiert: Der Lichtkreis (von unserem Standpunkt aus), der auf den Sensor trifft, ist kleiner geworden. Dadurch wird der Punkt im endgültigen Bild fokussierter! Daher vergrößert eine kleinere Apertur den Tiefenbereich, in dem Objekte im Fokus erscheinen, d. H. Es erhöht die Schärfentiefe.

Je größer die Blende (oder das Objektiv) ist, desto weniger Belichtungszeit wird benötigt (da mehr Licht vorhanden ist). Je geringer jedoch die Schärfentiefe ist (da das Licht unscharf ist) Punkte, die auf eine größere Fläche treffen) . Umgekehrt ist die Schärfentiefe umso größer, je kleiner Ihre Blende (oder Linse) ist. Je länger Sie belichten müssen, desto länger ist die Belichtungszeit.

Wenn wir eine unendlich kleine Blende bekommen könnten †, könnten wir alles auf einmal scharf stellen ... aber wir bräuchten eine extrem lange Belichtungszeit oder einen extrem empfindlichen Sensor! So funktioniert im Wesentlichen eine Lochkamera .

^{† Nun, die Öffnung müsste immer noch größer sein als die Wellenlänge des Lichts, aber das ist ein ganz anderes Thema ...}

Ich habe die obigen Bilder mit diesem fantastischen Tool erstellt .

Es könnte hilfreich sein, über Ihr Auge nachzudenken. Ihr Auge ist im Wesentlichen eine Kamera, und die Iris in Ihrem Auge hat dieselbe Funktion wie die Iris im Objektiv Ihrer Kamera. Wenn Sie an einem hellen Tag nach draußen gehen, verengen sich Ihre Schwertlilien, um die Lichtmenge zu verringern, die auf Ihre Netzhaut trifft, aber Sie haben immer noch das gleiche Sichtfeld - das Bild ist nicht beschnitten. Dasselbe passiert natürlich mit dem Objektiv Ihrer Kamera.

Der Grund, warum das Bild nicht beschnitten wird, ist, dass die Strahlen des gesamten Bildes auf die gesamte Oberfläche des Objektivs fallen (egal ob Ihre Kamera oder Ihr Auge). Sie können sich einen Strahlenkegel vorstellen, der jeden Punkt im Sichtfeld verlässt, wobei sich die Spitze des Kegels am Punkt befindet und die Basis des Kegels die Linse ist. Die Iris verringert den Durchmesser der Basis dieses Kegels, sodass weniger Licht vorhanden ist. Ein Teil des Kegels geht jedoch durch die Iris und wird von der Linse auf einen einzelnen Punkt auf dem Sensor (oder der Netzhaut) fokussiert.

Nein, es ist keine Nachfokussierung erforderlich, wenn Sie die Blende ändern, und die Blende beschneidet das Bild nicht.

Wie Sie vielleicht wissen, wird das Bild gespiegelt und verkehrt herum angezeigt, wenn es auf den Sensor trifft. Das Bild wird auf einen einzelnen Punkt innerhalb des Objektivs fokussiert und auf der anderen Seite gespiegelt wieder ausgegeben. Dieser Punkt, an dem alle Lichtstrahlen aufeinandertreffen, ist die Blende. Deshalb kann das Bild durch ein so kleines Loch gelangen, ohne beschnitten zu werden.

Die Linsenelemente in einem Objektiv werden eigentlich nicht benötigt, um das Bild zu erzeugen, nur die Blende wird benötigt. Eine Lochkamera hat überhaupt keine Objektive, sondern nur eine kleine Lochkamera, die als Blende fungiert und das Bild auf den Film projiziert.

Der Effekt heißt camera obscura und ist der Ort, von dem die Kamera ihren Namen erhält.